Анализ примеров сбоев в системах управления с одноканальной обратной связью

Thread Content

В статье «Шаги по диагностике и способы устранения неисправностей в системах управления с одноканальной обратной связью» описаны все шаги и методы устранения неисправностей. Компания Changhui Instruments приводит в этой статье 16 примеров неисправностей, возникающих на производстве; анализируя эти примеры, можно повысить практические навыки сотрудников, работающих с измерительными приборами. Чанхуэй Инструменты http%3a//www%2eyunrun%2ecom%2cn 1. Система автоматического контроля уровня жидкости в установке для разделения газов. Для измерения уровня используются датчики разницы давлений, система DCS и пневматические регулирующие клапаны. В начальный период работы система не могла обеспечить стабильный уровень жидкости, что препятствовало нормальной работе производства. При проверке и анализе неисправностей выяснилось, что в начальный период работы из-за отсутствия равновесия температур в системе, а также из-за неравномерного распределения температур в трубопроводах для измерения уровня, возникала смесь газа и жидкости в этих трубопроводах. Это приводило к большим колебаниям показаний датчиков. После включения автоматической системы регулирования колебания стали ещё более значительными. Устранение неисправностей: сначала перевести в ручной режим, управлять вручную, обработать изменения уровня жидкости, отведя положительные и отрицательные трубки давления от стенки колонны к месту образования инея, затем включить прибор. После того, как система стабилизируется вручную в течение некоторого времени, переводите её в автоматический режим. После вышеописанных процедур можно в основном достичь требуемых технологических показателей, сведя колебания к минимуму. 2. Имеется простая система управления. Отклонения в работе контроллера и его выходные сигналы находятся в норме. Однако при наличии отклонений регулятор PID продолжает работать по прежней логике управления; при этом регулируемый параметр так и не возвращается к заданному значению, а иногда даже меняет направление изменения. Проверка и анализ неисправности: исходя из проявлений неисправности, можно сделать вывод, что измерительная часть системы, блок управления и передача сигналов функционируют исправно. Вероятной причиной неисправности может быть регулирующий клапан (смещение штока клапана, засорение мембранного узла, неисправность позиционера клапана) либо линия передачи сигнала от регулятора PID к позиционеру клапана. Проверено, что линия, ведущая от выходного сигнала регулятора PID к регулирующему клапану, находится в нормальном состоянии. При осмотре диафрагмы регулирующего клапана было обнаружено, что канал для подачи воздуха к соединению диафрагмы заблокирован песчинками, из-за чего контроллер не может нормально функционировать. Устранение неисправностей: после прочистки система восстановила нормальную работу. 3. Существует простая система управления, при которой давление среднего давления пара регулируется путем сброса через PV108. Однажды оператор заметил снижение давления. Выходной сигнал регулятора PID соответствовал необходимым значениям, но отклонения не удавалось устранить. При анализе неисправности выяснилось, что с выходом сигнала регулятора PID на устройство контроля все в порядке; возможная причина неисправности — проблемы с передачей сигнала от устройства контроля к позиционеру клапана и самому регулирующему клапану. Сначала проверили позиционер клапана и регулирующий клапан — с ними всё в порядке. Затем с помощью мультиметра измерили сигнал на выходе защитного устройства — сигнала не было. Устранение неисправности: после замены выходного предохранителя система вернулась в нормальное состояние. 4. У некоторого устройства имеется простая система управления (система DCS, контроллер PID). После перехода на автоматический режим контроллер не работает. Причины этой неисправности могут быть следующими: возможны проблемы с конфигурацией системы DCS или неправильные значения параметров саморегулирования контроллера. Проверка конфигурации DCS показала, что все настроки верны, однако при проверке параметров управления P, I, D были обнаружены ошибки. Устранение неисправностей: после правильной настройки параметров PID устройство начинает работать нормально. http://www.yunrun.com.cn/News/UploadFiles_5183/201511/2015111714330696.jpg Серия регуляторов на основе искусственного интеллекта YR-GAD. 5. В системах DCS от компании Yokogawa возникает сигнал об ошибке типа OOP при одноканальной работе. Анализ ошибки: OOP означает открытие входного канала; причиной может быть разрыв провода трансмиттера или то, что уровень входного сигнала трансмиттера ниже 4 мА или выше 20 мА. 6. Анализ неисправностей типа OOP в одноканальных системах DCS от компании Yokogawa ； OOP означает открытый выход; это может быть вызвано ослаблением соединений. 7. Существует система управления с одним контуром. При переходе в автоматический режим она не может стабильно работать даже после длительной настройки. При добавлении входных сигналов возмущений наблюдается тенденция к возврату системы в исходное состояние; период и амплитуда регулирования находятся в норме, однако стабильной работы достичь не удается. Анализ неисправности: судя по проявлениям неисправности, параметры настройки системы соответствуют требованиям; причина отсутствия стабильной работы заключается не в этих параметрах. Устранение неисправностей: повторно проанализировать цепь, правильно настроить регулятор PID с учетом направления действия, чтобы система работала в режиме отрицательной обратной связи; после настройки все будет функционировать нормально. 8. Существует контрольная цепь, которая используется в нормальном режиме работы уже много лет; условия её эксплуатации не изменились, однако качество управления постепенно ухудшается. При проверке и анализе неисправностей выяснилось, что если устройство работало нормально ранее, это означает, что параметры были в норме. Ухудшение качества управления свидетельствует о том, что на процесс управления влияют какие-то постепенно меняющиеся факторы. При проверке регулирующего клапана было обнаружено сильное износирование его сердечника. Устранение неисправностей: после ремонта клапан снова начал нормально функционировать. 9. В системе DCS существует один контрольный цикл, который ранее функционировал нормально. Однако из-за повреждения канала передачи данных для сигналов типа AO после замены этого канала стало невозможно управлять степенью открытия клапанов на площадке. При анализе неисправности выяснилось, что проблема возникла из-за замены канала передачи данных; поэтому анализ начался с этой части системы. Поскольку канал карты AO менялся и устанавливался заново, контрольные точки не могут найти прежний канал, поэтому управление невозможно. Устранение неисправностей: после повторной установки соответствующей точки управления можно восстановить нормальное управление. 10. Система управления уровнем жидкости в котловом баке ранее работала нормально, но вдруг возникли значительные колебания уровня. Было переведено управление в ручный режим. Для диагностики и анализа неисправности было установлено, что условия эксплуатации изменились по сравнению с первоначальными, поэтому необходимо заново настроить параметры системы. Устранение неисправностей: путем усиления контроля удалось преодолеть помехи и восстановить нормальную работу. 11. Контроль уровня жидкости в одной из башен осуществляется с помощью системы с одним контуром управления. В процессе регулировки нагрузки было обнаружено, что уровень жидкости остается нестабильным и сильно колеблется. При проверке выяснилось, что степень открытия регулирующего клапана LV0405 составляет всего 7%, а его положение постоянно меняется. При небольшой степени открытия регулирующий клапан склонен к возникновению явления «хрипения», а выход сигнала от позиционера также нестабилен. Поэтому регулирующий клапан не может функционировать стабильно. Устранение неисправностей: при открытии регулирующего клапана до 15% он возвращается в нормальное состояние, однако при слишком большом угле открытия невозможно поддерживать стабильный уровень жидкости; для обеспечения нормального контроля необходимо использовать ручные клапаны для ограничения потока. 12. В одной из установок по переработке нефти использовалась система управления уровнем жидкости с одним контуром. Из-за снижения нагрузки степень открытия клапана LV402 составляла всего 5%, в результате чего возникали вибрации и нестабильность уровня жидкости. Анализ неисправности: при малой степени открытия регулирующий клапан склонен к вибрациям; во время вибраций нарушается работа клапанных позиционеров, что приводит к нестабильному выходному сигналу, а значит, и к нестабильной работе самого регулирующего клапана. Устранение неисправности: немного прикрыли передний или задний запорный клапан, ограничив таким образом часть потока. Когда степень открытия клапана достигла 15%, вибрация прекратилась, позиционер клапана также стабилизировался, и автоматический режим работы стал нормальным. 13. Простая система управления уровнем жидкости (регулятор PID в системе DCS; регулирующий клапан — клапан с действием от давления газа) не может работать в автоматическом режиме. Причины неисправности: основные причины, мешающие автоматической работе, — неправильные параметры регулятора, проблемы с объектом управления или неисправности регулирующего клапана. При проверке выявлено, что у регулирующего клапана значительная утечка; при малом угле открытия клапана происходит большой расход жидкости. Устранение неисправностей: после обработки внутренних компонентов регулирующего клапана проблема исчезла. 14. Пример неисправности системы контроля давления пара: а) показатели давления в паропроводах на безбумажном регистраторе внезапно снизились до нуля, при этом сработал предохранительный клапан; причина — неисправность приборов. При возникновении неисправности между трубопроводом для измерения давления и прибором записи происходит резкий изменение положения регулирующего клапана, что приводит к резкому повышению давления пара. При этом безбумажный прибор записи не реагирует. В такой ситуации можно сначала перейти на ручное управление регулирующим клапаном, а затем устранять неисправность. б) Если показатель давления в паровой магистрали на безбумажном регистраторе не превышает установленного значения, предохранительный клапан срабатывает. Специалисты могут проверить соответствующие приборы: если температура во всех точках в норме, значит предохранительный клапан настроен некорректно ； Если значения температуры в различных точках повышаются, это означает, что значения давления, зарегистрированные приборами, ниже истинного давления. в) Несмотря на большие колебания давления, они происходят медленно; обычно причины следует искать в технологической части процесса. д) Если колебания давления имеют форму быстрых вибраций, необходимо искать причины в настройках параметров и самих измерительных приборов. е. Изменения нагрузки, обратного потока сырья, температуры и т. д., а также неправильная эксплуатация могут привести к изменениям давления внутри оборудования; причины необходимо искать в процессуальных аспектах эксплуатации. f. Необходимо знать, каковы обычные колебания давления у каждого прибора, чтобы определить, являются ли они аномалией или нормальным явлением; для принятия решения также можно использовать другие параметры процесса. 15. Пример неисправности системы управления уровнем жидкости: а) на регуляторе уровня показатель уровня жидкости смещается к максимальному или минимальному значению; в таком случае сначала следует свериться с таблицей. Если первичный прибор работает нормально, то проблема во вторичном приборе. Если показания первого и второго приборов совпадают, проверьте ручной регулирующий клапан на наличие изменений уровня жидкости. Если происходят изменения, это обычно связано с технологическими причинами; если же изменений нет, то, как правило, речь идет о проблемах с приборами. б) Показания прибора с отрицательной миграцией уходят к максимуму; следует подозревать утечку на стороне отрицательного давления. При прямом подключении давления газовой фазы к стороне с отрицательным давлением показания прибора снижаются до минимума; следует предположить, что уровень жидкости в резервуаре на стороне с отрицательным давлением слишком высок. в) Высокая частота колебаний показаний может быть обусловлена неправильной настройкой параметров или колебаниями самого измерительного прибора. Если колебания медленные, это обычно связано с условиями работы. д) Если существует подозрение, что прибор показывает ложный уровень жидкости, обычно систему можно перевести в ручной режим; специалисты по процессам и приборам совместно используют калиброванный манометр для измерения давления в газовой фазе с целью проведения анализа. 16. Пример сбоя в системе температурного контроля. У одного из устройств имеется система контроля температуры тяжелого топлива. Тяжелое топливо проходит через теплообменник; для его нагрева используется пар. Изменение положения клапана, регулирующего подачу пара, приводит к постепенным изменениям температуры тяжелого топлива. Однако при автоматическом управлении температура сильно колеблется. Анализ неисправностей показал, что изменение потока пара не приводит к значительным изменениям температуры тяжелого топлива, что свидетельствует о наличии задержки в системе обнаружения данных. Проверка системы измерения с помощью термопар показала отсутствие проблем; следовательно, проблема может заключаться в самой системе теплопередачи. Для полного использования потенциальной теплоты пара среднедавлекий пар должен конденсироваться в воду, после чего регулярно сбрасываться с помощью дренажного устройства. Пар и тяжелое топливо обмениваются теплом через теплообменник, и на этот процесс требуется определенное время. Температура пара среднего давления составляет 280°C; температура тяжелого нефтяного топлива после нагрева — 150°C. Когда температура нагревательного пара постепенно снижается и приближается к температуре тяжелого нефтяного топлива в 150°C, происходит почти полное достижение равновесия в процессе теплообмена (из-за теплового сопротивления сохраняется небольшая разница температур). В этот момент нагревательный пар ещё не полностью конденсировался в жидкость; он продолжает занимать пространство в теплообменнике. Даже если открыть регулирующий клапан, новый пар не сможет поступить в систему, или же его количество будет минимальным. В результате температура пара, используемого для теплообмена, не достигает заданного значения в 280°C (хотя температура поступающего пара составляет 280°C), а колеблется между 280°C и температурой, при которой пар конденсируется в воду. Поскольку температура пара, фактически используемого для теплообмена, ниже проектного значения, время теплообмена увеличивается, что приводит к задержке в измерении температуры. Большая задержка в измерениях вызывает нестабильность системы. Устранение неисправностей: для этой системы были настроены параметры интеллектуального регулятора температуры типа PID: увеличена дифференциальная составляющая, добавлена соответствующая величина интегральной составляющей, а пропорциональная составляющая усилена; P=50%, Ti=5 минут, Td≈1,5 минуты. Результат оказался довольно хорошим.